Dobór bezpieczników i rozłączników w skrzynkach połączeniowych PV wymaga zastosowania zasady NEC 156%: pomnóż prąd zwarciowy stringu (Isc) przez 1,56, a następnie wybierz następną standardową wartość znamionową bezpiecznika. Ten dwuetapowy obliczenie uwzględnia pracę w trybie ciągłym i skoki napromieniowania. Prawidłowy dobór zapobiega awariom systemu, zapewnia zgodność z przepisami i chroni przed zagrożeniami pożarowymi w instalacjach solarnych.
Zrozumienie bezpieczników i rozłączników PV
Czym są bezpieczniki o parametrach PV?
Bezpieczniki PV—oznaczone jako klasa gPV zgodnie z IEC 60269-6—są urządzeniami zabezpieczającymi przed przetężeniem, zaprojektowanymi specjalnie do zastosowań prądu stałego w systemach solarnych. W przeciwieństwie do standardowych bezpieczników AC, bezpieczniki gPV mogą bezpiecznie przerywać prądy zwarciowe DC, które są notorycznie trudne do wygaszenia ze względu na brak naturalnego przejścia prądu przez zero. Bezpieczniki te wytrzymują ekstremalne cykle termiczne wynikające z wahań napromieniowania słonecznego bez przedwczesnej awarii. Są one zaprojektowane do przerywania przy 1,35 do 1,45 razy ich prąd znamionowy w ciągu jednej do dwóch godzin, chroniąc przed odwrotnymi przetężeniami, gdy jeden string zasila uszkodzony string równoległy.
Czym są rozłączniki DC?
Rozłączniki DC to przełączniki, które odizolowują wyjście skrzynki połączeniowej od urządzeń znajdujących się niżej w celu konserwacji i awaryjnego odłączenia zasilania. NEC 690.15 wymaga, aby rozłączniki te miały znamionową zdolność łączeniową pod obciążeniem dla zastosowań na dachu, co oznacza, że mogą bezpiecznie otwierać obwody przy pełnym prądzie obciążenia bez tworzenia niebezpiecznego łuku elektrycznego. Przełączniki z możliwością łączenia pod obciążeniem zawierają komory gaszenia łuku i styki przystosowane do wysokiej energii łuku obwodów DC. Rozłączniki bez możliwości łączenia pod obciążeniem—proste izolatory—mogą być obsługiwane tylko po odłączeniu zasilania obwodu i nie nadają się do wyjść skrzynek połączeniowych.
Metodologia krok po kroku doboru bezpieczników
Krok 1: Oblicz prąd zwarciowy stringu
Zacznij od prądu zwarciowego modułu (Isc) z karty katalogowej. Nowoczesne panele o wysokiej wydajności wahają się od 9A do 18,5A w zależności od klasy mocy. W przypadku stringów z modułami połączonymi szeregowo, Isc pozostaje stałe (połączenie szeregowe nie dodaje prądu). Na przykład, moduł TOPCon o mocy 580W z Isc = 14,45A w stringu 10-modułowym nadal wytwarza 14,45A przy zwarciu.
Krok 2: Zastosuj zasadę NEC 156%
Artykuł 690 NEC wymaga dwóch kolejnych mnożników 125%:
Pierwszy mnożnik (NEC 690.8(A)(1)): Oblicz maksymalny prąd obwodu
- Prąd maksymalny = Isc × 1,25
- Uwzględnia “efekt krawędzi chmury”—gdy światło słoneczne odbija się od krawędzi chmur, napromieniowanie może na krótko przekroczyć 1000 W/m², podnosząc prąd powyżej znamionowego Isc.
Drugi mnożnik (NEC 690.9(B)): Dobierz zabezpieczenie nadprądowe do pracy w trybie ciągłym
- Wartość znamionowa OCPD = Prąd maksymalny × 1,25
- Obwody PV pracują z maksymalną mocą wyjściową przez ponad 3 godziny dziennie. Standardowe urządzenia obsługują tylko 80% prądu znamionowego w sposób ciągły, więc współczynnik 125% (odwrotność 80%) zapobiega uciążliwemu wyzwalaniu.
Obliczenie łączne: Isc × 1,25 × 1,25 = Isc × 1,56
Krok 3: Wybierz standardową wartość znamionową bezpiecznika
Zaokrąglij w górę do następnego dostępnego standardowego rozmiaru bezpiecznika: 10A, 15A, 20A, 25A, 30A. Wybrany bezpiecznik nie może przekraczać maksymalnej wartości znamionowej bezpiecznika szeregowego modułu (określonej w karcie katalogowej, zazwyczaj od 20A do 30A dla większości paneli).
Przykład: String Isc = 14,45A
- Minimalna wartość znamionowa bezpiecznika: 14,45A × 1,56 = 22,54A
- Wybrany bezpiecznik: 25A z oznaczeniem gPV
Krok 4: Dobierz rozłącznik DC
Zsumuj maksymalne prądy ze wszystkich równoległych stringów, a następnie zastosuj współczynnik bezpieczeństwa 125%:
Wartość znamionowa rozłącznika = (Liczba stringów × Isc × 1,25) × 1,25
Dla 6 stringów po 14,45A każdy:
- Prąd całkowity: 6 × 14,45A × 1,25 = 108,4A
- Wartość znamionowa rozłącznika: 108,4A × 1,25 = 135,5A
- Wybrany rozłącznik: 150A z możliwością łączenia pod obciążeniem
Tabela 1: Przykłady doboru bezpieczników dla popularnych modułów PV
| Moc modułu | Isc modułu | Minimalna wartość znamionowa bezpiecznika (×1,56) | Wybrany standardowy bezpiecznik | Maksymalna liczba stringów na 30A Breaker (Wyłącznik) |
|---|---|---|---|---|
| 400 W | 10,5A | 16,38A | 20A | 8 |
| 500W | 13,0A | 20,28A | 25A | 6 |
| 580W | 14,45A | 22,54A | 25A | 6 |
| 600W (TOPCon) | 18,5A | 28,86A | 30A | 4 |
| 750W (HJT) | 15,8A | 24,65A | 25A | 5 |
Tabele szybkiego doboru
Standardowe konfiguracje i wartości znamionowe rozłączników
Tabela 2: Dobór rozłączników według konfiguracji stringów
| Liczba stringów | Isc stringu | Całkowity maksymalny prąd (×1.25) | Minimalna wartość prądu wyłączającego (×1.56) | Zalecane odłączenie |
|---|---|---|---|---|
| 4 | 10A | 50A | 62.4A | 80A |
| 6 | 10A | 75A | 93.6A | 100A |
| 8 | 10A | 100A | 124.8A | 150A |
| 4 | 14A | 70A | 87.4A | 100A |
| 6 | 14A | 105A | 131.0A | 150A |
| 8 | 14A | 140A | 174.8A | 200A |
NEC kontra IEC: Kluczowe różnice w doborze parametrów
Chociaż oba kodeksy priorytetowo traktują bezpieczeństwo, ich podejścia do doboru parametrów różnią się:
NEC 690.8/690.9 (Ameryka Północna):
- Dobór bezpieczników: Isc × 1.56 (156%)
- Uzasadnienie: Praca ciągła + skoki napromieniowania
- Wyjątek: Urządzenia o parametrach 100% wymagają jedynie mnożnika 1.25×
IEC 62548 (Międzynarodowy):
- Zakres doboru bezpieczników: 1.5 × Isc ≤ In ≤ 2.4 × Isc
- Bardziej elastyczny, pozwala na optymalizację dla konkretnych warunków
- Wymagane obniżenie parametrów temperaturowych powyżej 45°C temperatury otoczenia
Tabela 3: Porównanie kodeksów dla stringu 12A
| Standard | Minimalna wartość prądu znamionowego bezpiecznika | Typowy dobór | Filozofia projektowania |
|---|---|---|---|
| NEC | 18.72A (12A × 1.56) | 20A | Konserwatywny, pojedynczy mnożnik |
| IEC | 18.0A do 28.8A (12A × 1.5 do 2.4) | 20A do 25A | Elastyczny zakres w zależności od warunków |
Krytyczne kryteria wyboru
Voltage Rating Requirements
Napięcie znamionowe bezpiecznika i odłącznika musi przekraczać maksymalne napięcie obwodu otwartego (Voc) systemu w najniższej oczekiwanej temperaturze otoczenia.
Obliczenie: Voc_max = Voc modułu × Liczba modułów szeregowych × Współczynnik temperaturowy
- Przy -40°C: 49V × 10 × [1 + 0.0027 × (25 – (-40))] = 576V
- Wymagana wartość znamionowa: Minimum 600V (standard: 600V, 1000V, 1500V). IEC 60269-6 zaleca napięcie znamionowe bezpiecznika ≥ 1.2 × Voc_max dla dodatkowego marginesu bezpieczeństwa.
Interrupting Capacity (Breaking Capacity)
Zdolność wyłączania prądu stałego (Icn lub Icu) musi przekraczać maksymalny spodziewany prąd zwarciowy w punkcie instalacji. Dla wejść skrzynek połączeniowych jest to zazwyczaj połączony Isc wszystkich innych równoległych stringów. Dla 8 stringów po 14A każdy:
- Spodziewany prąd zwarciowy: 7 × 14A = 98A (najgorszy przypadek: 7 sprawnych stringów zasila 1 uszkodzony string)
- Wymagane Icu: ≥ 150A (standardowe bezpieczniki gPV: 200A do 1500A Icu)
Obniżenie Temperatury
Skrzynki połączeniowe w bezpośrednim świetle słonecznym mogą osiągać temperaturę wewnętrzną od 65°C do 75°C. Większość bezpieczników gPV jest znamionowa dla temperatury otoczenia 40°C. Powyżej tej wartości zdolność prądowa maleje:
- Przy 50°C: Obniżenie parametrów do 95% prądu nominalnego
- Przy 60°C: Obniżenie parametrów do 90% prądu nominalnego
- Przy 70°C: Obniżenie parametrów do 85% prądu nominalnego
Jeśli twój bezpiecznik 20A pracuje w temperaturze otoczenia 65°C, efektywna wartość znamionowa = 20A × 0.87 = 17.4A. Sprawdź, czy przekracza to obliczone minimum.
Tabela 4: Lista kontrolna doboru komponentów
| Czynnik wyboru | Wymaganie specyfikacji | Odniesienie do kodu | Metoda weryfikacji |
|---|---|---|---|
| Prąd znamionowy bezpiecznika | ≥ Isc × 1.56 (NEC) lub 1.5-2.4 (IEC) | NEC 690.9(B), IEC 62548 | Karta katalogowa Isc × mnożnik |
| Napięcie znamionowe bezpiecznika | ≥ 1.2 × Voc_max w min temp | IEC 60269-6 | Voc modułu × liczba szeregowa × współczynnik temperaturowy |
| Klasa bezpiecznika | Znamionowy gPV (IEC 60269-6) | NEC 690.9(D) | Sprawdź oznaczenie “gPV” |
| Maksymalny bezpiecznik szeregowy | ≤ Maksymalna wartość prądu znamionowego bezpiecznika modułu | Karta katalogowa modułu | Sprawdź tabliczkę znamionową |
| Prąd odłącznika | ≥ Całkowity Isc × 1,56 | NEC 690.13 | Zsumuj prądy wszystkich stringów |
| Typ rozłącznika | Znamionowy do pracy pod obciążeniem (na dachu) | NEC 690.15 | Sprawdź certyfikację pracy pod obciążeniem |
| Zdolność przerywania | ≥ Maksymalny prąd zwarciowy | NEC 690.9(C) | Oblicz udział równoległych stringów |
| Klasa temperaturowa | Uwzględnij obniżenie wartości znamionowych ze względu na temperaturę otoczenia | IEC 60269-6 | Zmierz temperaturę wewnętrzną skrzynki połączeniowej |
Typowe błędy w doborze rozmiarów, których należy unikać
Błąd 1: Używanie bezpieczników AC w aplikacjach DC
Bezpieczniki AC nie mogą bezpiecznie przerywać prądów DC. Łuki DC nie gasną samoczynnie przy przejściu prądu przez zero (w DC go nie ma). Zawsze określaj bezpieczniki z oznaczeniem gPV o napięciu znamionowym DC pasującym do twojego systemu.
Błąd 2: Zbyt małe wymiarowanie dla pracy ciągłej
Zastosowanie tylko pierwszego mnożnika 1,25 (Isc × 1,25) bez drugiego skutkuje bezpiecznikiem o wartości znamionowej tylko 80% dla pracy ciągłej. Urządzenie przegrzeje się i przedwcześnie ulegnie awarii podczas godzin szczytu nasłonecznienia. Zawsze używaj pełnego współczynnika 1,56, chyba że używasz urządzeń o wartości znamionowej 100%.
Błąd 3: Ignorowanie maksymalnej wartości znamionowej bezpiecznika szeregowego modułu
Nawet jeśli obliczenia sugerują bezpiecznik 30A, jeśli karta katalogowa modułu ogranicza bezpieczniki szeregowe do 20A, musisz użyć 20A. Przekroczenie tej wartości powoduje unieważnienie gwarancji i stwarza ryzyko pożaru. Rozwiązanie: zmniejsz liczbę stringów na skrzynkę połączeniową lub użyj modułów o wyższych wartościach znamionowych bezpieczników.
Błąd 4: Błędne obliczenie stringów równoległych
Podczas dobierania rozmiaru głównego rozłącznika skrzynki połączeniowej, zsumuj maksymalne prądy (Isc × 1,25) wszystkich stringów, a następnie zastosuj drugi mnożnik 1,25. Nie stosuj 1,56 do każdego stringu oddzielnie — pierwszy mnożnik dotyczy każdego stringu, drugi dotyczy połączonego OCPD.
Niepoprawnie: (String 1: 10A × 1,56) + (String 2: 10A × 1,56) = 31,2A
Poprawnie: [(10A + 10A) × 1,25] × 1,25 = 31,25A
Błąd 5: Zbyt duże wymiarowanie na “przyszłą rozbudowę”
Zainstalowanie bezpiecznika 60A dla stringu 10A “na wszelki wypadek” eliminuje zabezpieczenie nadprądowe. Bezpiecznik nie otworzy się podczas warunków zwarcia wstecznego, umożliwiając uszkodzenie kabla lub pożar. Dobierz rozmiar bezpieczników do rzeczywistego prądu stringu; ulepsz skrzynki połączeniowe podczas dodawania pojemności.
Pytania i odpowiedzi
P: Jakiego rozmiaru bezpiecznika potrzebuję dla stringu z 10,5A Isc?
O: Minimalna wartość znamionowa bezpiecznika = 10,5A × 1,56 = 16,38A. Wybierz następny standardowy rozmiar: Bezpiecznik 20A z oznaczeniem gPV. Sprawdź, czy nie przekracza to maksymalnej wartości znamionowej bezpiecznika szeregowego modułu w karcie katalogowej.
P: Czy mogę używać standardowych bezpieczników AC w skrzynce połączeniowej DC?
O: Nie. Bezpiecznikom AC brakuje zdolności przerywania DC, aby bezpiecznie usunąć zwarcia DC. Łuki DC utrzymują się w nieskończoność bez przejścia prądu przez zero. Zawsze używaj bezpieczników z oznaczeniem gPV (IEC 60269-6) o napięciu znamionowym DC pasującym do napięcia twojego systemu.
P: Jaka jest różnica między doborem rozmiaru bezpiecznika NEC i IEC?
O: NEC wymaga stałego mnożnika 1,56 (Isc × 1,56), aby uwzględnić pracę ciągłą i skoki napromieniowania. IEC 62548 dopuszcza zakres od 1,5× do 2,4× Isc, umożliwiając projektantom optymalizację pod kątem określonych temperatur otoczenia i charakterystyk modułu. Oba zapewniają bezpieczeństwo, ale oferują różną elastyczność.
P: Jak dobrać rozmiar skrzynki połączeniowej do przyszłej rozbudowy stringów?
O: Dobierz rozmiar bezpieczników do rzeczywistego prądu zainstalowanych stringów. W przypadku rozłącznika i szyn zbiorczych możesz przewymiarować na podstawie planowanej pojemności. Przykład: Zainstaluj bezpieczniki 20A dla obecnego systemu 4-stringowego (14A Isc), ale użyj rozłącznika 150A i 6-pozycyjnej szyny zbiorczej, aby pomieścić dodanie 2 kolejnych stringów później bez wymiany obudowy.
P: Czy potrzebuję rozłączników znamionowych do pracy pod obciążeniem dla wszystkich skrzynek połączeniowych?
O: NEC 690.15 wymaga rozłączników znamionowych do pracy pod obciążeniem dla skrzynek połączeniowych znajdujących się na dachach. Skrzynki połączeniowe na poziomie gruntu mogą używać izolatorów bez możliwości pracy pod obciążeniem, jeśli system ma główny rozłącznik z możliwością pracy pod obciążeniem w innym miejscu. Zawsze sprawdzaj w lokalnym Urzędzie Właściwym (AHJ), ponieważ interpretacje się różnią.
Zapewnij długoterminowe bezpieczeństwo systemu
Właściwy dobór rozmiaru bezpiecznika i rozłącznika chroni twoją inwestycję w PV i zapewnia lata bezpiecznej, niezawodnej pracy. Zastosuj zasadę NEC 1,56 (Isc × 1,56) dla bezpieczników, wybierz następną standardową wartość znamionową, sprawdź w odniesieniu do maksymalnych limitów bezpieczników szeregowych modułu i dobierz rozmiar rozłączników do całkowitego połączonego prądu. W razie wątpliwości skonsultuj się z najnowszymi standardami NEC Artykuł 690 i IEC 62548.
VIOX Electric produkuje kompletną linię skrzynek połączeniowych PV, bezpieczników z oznaczeniem gPV i rozłączników DC z możliwością pracy pod obciążeniem, zaprojektowanych w celu spełnienia zarówno wymagań NEC, jak i IEC. Nasz zespół techniczny zapewnia bezpłatne wsparcie w doborze rozmiarów dla twoich konkretnych projektów. Skontaktuj się z nami pod adresem VIOX.com aby uzyskać arkusze danych i pomoc w zastosowaniu.
